毕慧慧,傅松玲,何的明,王春雷,王磊彬,刘志文
(1.安徽佳烨农业有限公司,安徽肥西 231200;2.安徽农业大学,安徽合肥 230036)
薄壳山核桃(Carya illinoensis)又名美国山核桃、长山核桃,为胡桃科山核桃属植物[1]。薄壳山核桃是世界四大坚果之一,其果实个大、壳薄,出仁率高,产量高;果仁富含不饱和脂肪酸、蛋白质、甾醇、生育酚、酚类化合物及钙、铁、镁、磷和锌等矿物质,具有清除自由基、增强细胞活性、改善神经细胞功能等作用,是重要的木本油料植物[2-3]。薄壳山核桃在中国的快速发展期自2010 年后开始,因此对薄壳山核桃的研究仍处于初期阶段。薄壳山核桃属于雌雄同株异花,风媒传粉,子代性状变化多样,选择性状表现优良的品种是一个持续性课题,而研究薄壳山核桃的花粉直感效应对合理配置授粉树、提高果实品质有重要意义[4]。
安徽省作为薄壳山核桃适生栽培区,各地栽培积极性高,截至2021 年12 月底全省栽培面积达4 万hm2,江淮之间为安徽省主栽基地之一。由于前期栽培品种杂,目前陆续挂果的林木产量、品质差异明显;部分品种大面积单一栽植,没有相匹配的品种授粉,导致授粉困难、落果或者空壳现象严重。笔者以安徽肥西地区的6 种不同品种薄壳山核桃为试材,比较不同品种果实质量差异,并对主栽品种‘波尼’进行人工授粉(自交与杂交)对比试验,比较不同父本对坐果率的影响,并对不同品种及授粉方式的薄壳山核桃果实进行品质分析,旨在探究不同品种授粉亲和力对坐果率的影响及果实品质差异,以期提供品种选择、品种配置决策,从而有效提高产量及品质。
试验地位于安徽省肥西县官亭镇安徽佳烨农业有限公司薄壳山核桃种植基地,基地种植面积为80 hm2,其中7(9)-1 年(砧木9 年,接穗7 年,移栽1 次)嫁接树面积为20 hm2。该区域为江淮分水岭脊背,海拔62 m,其地理坐标为31°46′ N,116°53′ E,属亚热带季风气候区,该地四季分明,日照充足,雨量适中,降雨量年平均约1 000 mm,无霜期240 d,年平均温度16℃。该地土壤为黄棕壤,pH 约为6.5。林木株行距为6 m×8 m,每年进行常规化管理措施。
供试植株为7(9)-1 年(砧木9 年,接穗7 年,移栽1次)嫁接树,选择胸径10~12 cm、树高7.5~9.0 m、长势相对一致、无病虫害的‘波尼’‘马罕’‘金华’、YLC20、YLC21、‘卡多’6 个品种为试材。
1.3.1 ‘波尼’最佳授粉品种选择试验。江淮地区种植‘波尼’的面积广泛,因此最佳授粉树选取长势基本一致的中树‘波尼’为试材,在雌花可授期前对其进行套袋处理。根据基地工作人员前几年观测,散粉时期比‘波尼’雌花可授期早或同期的品种有YLC21、‘卡多’‘波尼’,因此对这3 个品种的花粉进行采集。待‘波尼’雌花可授期到来,将YLC21、‘卡多’‘波尼’和混合花粉(YLC21、‘卡多’‘波尼’)4 个种类的花粉对‘波尼’雌花进行人工授粉。每个授粉品种选择150 个‘波尼’雌花进行人工授粉。
人工授粉:随时观察雄花序发育情况,待雄花序黄囊变黄即将散粉时将其采摘,放置于干燥的硫酸纸上,常温室内阴凉处晾晒,待雄花粉散出后进行抖粉、过筛、收集花粉,将花粉放置于有干燥剂的离心管内,注意防潮,冷藏保存。人工授粉前对花粉进行活性检测。‘波尼’雌花开放前,选取树体中下部雌花柱头进行套袋处理,待‘波尼’雌花开放盛期,取下纸袋,用棉签蘸取花粉对雌花进行授粉,随后立即套上纸袋,等雌花柱头变黑无授粉能力时再取下纸袋。
坐果率调查:授粉后定期观测记载,定期进行坐果率调查,直至果实成熟采摘。
果实性状与品质检测:果实成熟后采摘杂交果所有果实,测量果高、果径、果重、出仁率等指标,检测方法参照左继林等[5]的果实检测方法。杂交果实脂肪、脂肪酸、蛋白质、可溶性糖成分含量送往中国林业科学研究院亚热带林业研究所进行检测。蛋白质参照GB 5009.5—2016 第一法检测,脂肪参照GB 5009.6—2016 第一法检测,可溶性糖参照NY/T 1278—2007 检测,脂肪酸参照GB 5009.168—2016 第三法检测。
1.3.2 不同品种薄壳山核桃果实品质特性比较。2021 年秋季待果实成熟后,选择3 株品种树为1 组,设置3 组重复,于树体中层东南西北4 个方位平均随机混合采摘‘波尼’‘马罕’‘金华’、YLC20、YLC21、‘卡多’果实,每个品种采摘90 个果实。用游标卡尺、电子天平测定果高、果径、果重、仁重、壳厚、出仁率,果实脂肪、脂肪酸、蛋白质、可溶性糖成分含量送往中国林业科学研究院亚热带林业研究所进行检测,检测方法同“1.3.1”。
试验数据采用Excel 2016 软件处理,用SPSS 21.0 软件对果实性状与品质进行方差分析、相关性分析等。
由图1 可看出,6 月1 日YLC21ב波尼’果实有533个,‘波尼’ב波尼’果实有657 个,‘卡多’ב波尼’果实有437 个,‘波尼’×混合花粉果实有470 个,6 月24 日各杂交果实数量急剧下降,6 月24 日至9 月17 日果实成熟时各杂交果实数量下降缓慢,最终取得YLC21ב波尼’果实105 个,‘波尼’ב波尼’果实29 个,‘卡多’ב波尼’果实78 个,‘波尼’×混合花粉果实54 个。
图1 杂交果实各时期结果数量
从图2 可以看出,6 月24 日各杂交果的坐果率均小于25%,其中‘波尼’ב波尼’组合在6 月24 日的坐果率为9.34%,这说明授粉后超过75%的果实均在6 月掉落,此次落果为生理性落果,可能与花粉活性、胚胎败育等有关。坐果率方面YLC21、‘卡多’和混合花粉间差异不显著,与‘波尼’ב波尼’间差异显著。
图2 杂交果实各时期坐果率
对‘波尼’杂交及自交果实的检测结果如表1 所示,不同杂交组合在果高、果径、单果重、仁重、出仁率方面均有显著差异,但是壳厚方面不同杂交果实没有差异。其中YLC21ב波尼’组合的果高、果径、单果重、仁重在4 种杂交果实中最高,说明YLC21ב波尼’组合的果实性状表现最好。出仁率方面,‘波尼’×混合花粉最高,为58.70%。‘波尼’ב波尼’组合的果高、单果重、仁重均较小,分别为39.41 mm、7.66 g、4.45 g。从变异系数看,4 种杂交果实的壳厚、仁重两个指标的变异系数最高,分别为18.95%和18.94%,说明这两个指标在不同果实中的差异较大。
表1 不同父本杂交的‘波尼’果实性状差异
由表2 可知,不同杂交果在蛋白质、脂肪、可溶性糖方面均存在显著差异。蛋白质方面,‘波尼’×混合花粉的果实其含量最低,为8.95 g/100 g,‘波尼’ב波尼’与‘波尼’×YLC21 组合蛋白质含量为9.67 g/100 g。‘波尼’×混合花粉的脂肪含量最高,为74.26 g/100 g,表明该组合的含油率比其他杂交组合的含油量高。可溶性糖方面,‘卡多’与自交之间差异显著,YLC21、自交、混合花粉间没有显著差异。
表2 不同父本杂交的‘波尼’果实内含物差异
薄壳山核桃不饱和脂肪酸检测结果如表3 所示,‘波尼’×YLC21 的油酸含量最高,相应的‘波尼’×YLC21 的亚油酸含量最低。油酸方面,自交与‘波尼’×YLC21 的含量差异显著,其他组合间差异不显著。α-亚麻酸在4 种杂交果实中数据差异不显著,‘卡多’与YLC21 的棕榈烯酸差异显著,顺-11-二十碳烯酸方面,‘波尼’×YLC21 含量为0.314%,均与其他组合差异显著。棕榈酸、硬脂酸、花生酸均为饱和脂肪酸,‘波尼’ב波尼’组合的棕榈酸含量为6.01%,显著高于混合花粉与YLC21 组合;硬脂酸中YLC21 的含量最高,比‘波尼’自交组合的硬脂酸含量高0.37 个百分点,但YLC21 与混合花粉间差异不显著;花生酸中含量最低的为‘波尼’ב波尼’杂交果,YLC21 的含量最高,为0.137%。
表3 不同杂交组合的‘波尼’脂肪酸含量 %
对4 种杂交果的不同脂肪酸含量进行汇总后得到图3。从图3 可以看到,薄壳山核桃脂肪酸中,90%以上为不饱和脂肪酸,单不饱和脂肪酸占不饱和脂肪酸的70%以上。4 种杂交果实在饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸方面差异不显著,在单不饱和脂肪酸中,YLC21 与‘波尼’自交间差异显著,其他组合间没有显著差异,多不饱和脂肪中,同样是YLC21 与‘波尼’自交间差异显著,其他组合间没有显著差异,表明4 种杂交果在脂肪酸总量上差异不显著,在具体成分上其含量有显著差异。
图3 杂交果实不同脂肪酸含量的对比
薄壳山核桃果实性状在不同品种上表现不同(表4),‘马罕’果高51.93 mm,显著高于其他品种,YLC21 的果高最短,为38.98 cm;‘金华’果径最粗,为23.99 mm,比YLC20 的果径多3.18 mm;单果重方面,‘马罕’最重,可达9.48 g/粒,其果仁重量在6 个品种中最重,达到5.6 g/粒;YLC21 的果仁重量最轻,仅为3.39 g/粒;壳厚方面不同品种间差异较大,YLC21 果壳最厚,可达1.02 mm,是‘马罕’壳厚(0.48 mm)的2 倍多,‘金华’果壳厚度仅次于YLC21,为0.70 mm;出仁率方面,5 个品种的出仁率均超过50%,‘波尼’出仁率表现最好,为54.59%,比YLC21 的出仁率高8.4 个百分点。各性状间的变异系数范围为5.01%~29.22%,果径、出仁率、果高属于低度变异。
表4 不同品种薄壳山核桃果实性状差异
对6 个品种的薄壳山核桃果实性状进行相关性分析(表5),果高与其余各指标均呈极显著相关性,除壳厚外,其中果径、单果重、仁重、出仁率与果高呈正相关,相关系数范围为0.309~0.575,即果实高度越高,则果径、单果重、仁重、出仁率均有所提高,但果壳厚度较薄;果径与单果重、仁重、出仁率呈极显著正相关,其中果径与单果重的相关系数高达0.760,与仁重的相关系数为0.646;仁重与果壳厚度的相关系数为-0.208,说明果壳越厚则果仁重量越轻;出仁率与仁重呈极显著正相关,与壳厚呈极显著负相关,说明果仁越重,果壳越薄则出仁率越高。总体上,这些指标间相互关系紧密,由单一指标可推测出其他指标的特性。
表5 薄壳山核桃果实性状相关系数
对6 个薄壳山核桃品种的蛋白质、脂肪、可溶性糖进行检测(表6)可知,蛋白质方面,不同品种间其含量差异显著,YLC21 的蛋白质含量最丰富为12.13 g/100 g,是‘波尼’的1.55 倍,其次是YLC20 和‘马罕’,均为11.20 g/100 g;脂肪方面,‘波尼’脂肪含量最多,为75.36 g/100 g,‘卡多’‘金华’、YLC20、YLC21 的脂肪含量差别较小,‘马罕’脂肪含量最低,为67.46 g/100 g;可溶性糖方面,‘马罕’与‘卡多’间差异不显著,‘波尼’的可溶性糖含量为3.59%。
表6 不同品种薄壳山核桃果实营养成分含量
表7 不同品种薄壳山核桃果实饱和脂肪酸含量 %
棕榈酸、硬脂酸、花生酸均为饱和脂肪酸,不同品种间各指标含量均存在显著差异。YLC21 的棕榈酸含量最低为5.16%,YLC20 的硬脂酸和花生酸含量最低,分别为2.22%、0.124%,‘卡多’的棕榈酸、硬脂酸、花生酸含量均最高,分别为6.39%、3.42%、0.155%。棕榈酸、花生酸的变异系数均小于10%,属于低度变异,说明这两个指标的遗传特性较稳定。从饱和脂肪酸上看,‘波尼’‘马罕’、YLC21的饱和脂肪酸含量相近,在8.80%~8.86%;‘金华’的饱和脂肪酸含量最少,为8.05%,该指标变异系数为6.70%,变异程度较低。
从表8 可以看出,各品种油酸含量范围为61.06%~73.40%,说明油酸是不饱和脂肪酸的主要成分,其中‘波尼’‘金华’的油酸含量均超过70%,‘马罕’的油酸含量最低;亚油酸的范围为16.46%~28.53%,其含量仅次于油酸,变异系数为19.66%,属于中度变异。α-亚麻酸中,‘马罕’与‘卡多’的含量无显著差异,‘金华’、YLC20 与YLC21 间无显著差异,‘波尼’的α-亚麻酸含量最低。棕榈烯酸含量普遍较低,变异程度属于高度变异。顺-11-二十碳烯酸中,‘金华’的含量最高,‘马罕’的含量最低,为0.245%。不饱和脂肪酸的变异系数仅为0.69%,说明不饱和脂肪酸含量在不同果实间的遗传特性较稳定。
表8 不同品种薄壳山核桃果实不饱和脂肪酸含量 %
对薄壳山核桃内含物进行相关分析(表9)可以看到,蛋白质与脂肪呈极显著负相关,相关系数为-0.728;脂肪与油酸呈极显著正相关,相关系数为0.683,与亚油酸、α-亚麻酸呈极显著负相关,即脂肪含量越高,油酸含量越高,亚油酸与α-亚麻酸含量越低;可溶性糖与脂肪、油酸呈极显著负相关,与亚油酸、α-亚麻酸呈极显著正相关;棕榈酸与油酸呈极显著正相关,相关系数为0.613,说明棕榈酸含量高时,油酸含量也高。硬脂酸与花生酸呈极显著正相关,即花生酸含量高时,硬脂酸含量也高;油酸与亚油酸、α-亚麻酸呈极显著负相关,且相关系数分别高达-0.993、-0.819,说明薄壳山核桃果仁中油酸含量高,则亚油酸、α-亚麻酸含量就低;亚油酸与α-亚麻酸呈极显著正相关,与顺-11-二十碳烯酸呈极显著负相关,相关系数为-0.830。
表9 不同品种薄壳山核桃果实内含物相关系数
由表10 可知,第1 主成分的特征值为6.813,方差贡献率为40.074%,第2 主成分的特征值为4.905,方差贡献率为28.851%,第3 主成分的特征值为2.508,方差贡献率为14.755%,根据特征值>1.000,方差累计贡献率>85%的原则,选择这4 个主成分进行分析。
表10 薄壳山核桃主成分的方差贡献率
主成分的载荷矩阵结果见表11。第1 主成分反映了果高、亚油酸、可溶性糖的信息,第2 主成分反映了单果重、仁重、脂肪的信息,第3 主成分反映了硬脂酸的信息,第4 主成分反映了果径的信息,说明果实外观品质与营养成分品质都重要。
表11 薄壳山核桃主成分的载荷矩阵
薄壳山核桃作为异交植物,其遗传信息丰富,子代性状差异较大。研究薄壳山核桃的花粉直感效应对合理配置授粉树、提高果实品质有重要意义。该研究表明‘波尼’在不同品种的授粉条件下,其坐果率、果实外观、果实内含物等均有显著差异,坐果率由高到低的组合依次为YLC21ב波尼’(19.93%)>‘卡多’ב波尼’(17.87%)>混合ב波尼’(11.83%)>‘波尼’ב波尼’(5.16%),单果重由高到低为YLC21ב波尼’(8.32 g)>‘卡多’ב波尼’(7.88 g)>混合ב波尼’(7.75 g)>‘波尼’ב波尼’(7.66 g),油酸方面则YLC21ב波尼’的含量最高,为75.36%。毛明振对薄壳山核桃45 个杂交组合进行研究,其结果表明同一母本下,不同父本对坐果率及果实性状产生显著差异,如104 号×35 号的坐果率为15.28%,104 号×1 号的坐果率为5.64%,104 号×35 号的单果质量为39.49 g,104 号×34 号的单果重为22.9 g[6]。王正加等以薄壳山核桃花粉为父本,山核桃为母本进行杂交授粉,结果表明其果实明显增大,含油率方面存在显著差异[7]。
‘波尼’ב波尼’为自花授粉,该研究结果表明,就‘波尼’品种而言,薄壳山核桃自交与异交均可结果,但自交的果实坐果率较低。黄婕[8]对石斛属植物的自交、杂交表明,部分石斛在异交、花间自交、花内自交均能结实,但自交坐果率低于异交坐果率。张登福等[9]对13 个雄先型核桃品种进行自然授粉、自交、孤雌生殖的结实研究,结果表明核桃存在孤雌生殖现象,在结实率方面自然授粉>自交>孤雌生殖,这与该研究结果相同。薄壳山核桃雌雄同株异花,且雌雄花期不一致,这种传粉方式应当更倾向于异花授粉,从而保证后代具有较强的生命力。
‘波尼’杂交授粉后的1 个月内出现大量落果的情况,这可能与不同品种间花粉活性持久力有关,也可能是套袋内部小环境导致。薄壳山核桃花粉在散粉初期、盛期、末期的花粉活性不同,且花粉采集后在阴干储藏中也存在活性下降的情况[10-11]。套袋是杂交授粉的常规操作,但袋子内部小环境内的温度、湿度往往与外部环境差异较大,这可能在一定程度上影响坐果率[12-13]。
薄壳山核桃作为异花授粉植物,其后代难以继承父本或母本的优良性状,对优良品种的繁衍一直使用嫁接等技术,因此比较不同品种的差异,找寻性状优良的品种有利于薄壳山核桃产业的发展。该试验对江淮地区种植范围较广的6 个薄壳山核桃品种进行果实品质检测,包括外观性状及内含物的比较。通过对果高、果径、单果重、仁重、壳厚、出仁率这6 个指标的比较,可以看出不同品种间各指标差异不同,壳厚的范围为0.48~1.02 mm,仁重范围为3.39~5.60 g,单果重范围为6.38~9.48 g,各指标变异系数范围为5.01%~29.22%,果径的变异系数最小(5.01%),说明果径的遗传变异较小,这与陈芬等对薄壳山核桃的研究结果一致[14]。该研究中,‘马罕’单果重为9.48 g,出仁率53.95%,‘波尼’单果重为7.93 g,出仁率为54.59%,‘卡多’单果重为6.38 g,出仁率为53.68%。方亮等对南京地区的‘波尼’‘卡多’‘马罕’果实性状进行检测得出,‘马罕’单果重11.36 g,出仁率56.40%,‘波尼’单果重7.1 g,出仁率57.1%,‘卡多’单果重4 g,出仁率54%,造成同一品种单果重、出仁率数据差异可能与营养条件、气候差异有关[15]。该研究对各指标的相关性分析表明,出仁率受果高、果径、壳厚、仁重、单果重这些指标的共同影响,果高、果径、单果重、仁重数据越高,壳厚度越薄,则出仁率越高,这与李永荣、程慧等的研究结果一致[16-17]。
该研究对蛋白质、脂肪、可溶性糖指标的分析表明,薄壳山核桃中蛋白质、脂肪、可溶性糖含量均随品种不同而变化,总体上脂肪是薄壳山核桃仁的主要成分,且变异系数仅为3.77%,是低度变异。陈芬等对薄壳山核桃脂肪的变异系数研究与该研究一致,变异程度均为最低,但可溶性糖与脂肪的变异系数分别为8.85%、9.91%,与该研究的可溶性糖变异系数16.07%、蛋白质变异系数17.18%差异较大,可能是研究品种数量不同导致的结果差异[18]。
该研究中,薄壳山核桃脂肪酸的变异系数范围为6.70%~26.66%,脂肪酸中含量最高的为油酸,含量范围在61.06%~73.40%;棕榈烯酸含量最低,范围在0.047%~0.102%;薄壳山核桃中不饱和脂肪酸变异系数仅为0.69%,说明薄壳山核桃不饱和脂肪酸含量遗传变异较稳定。俞春莲等对‘波尼’‘马罕’‘金华’的脂肪酸含量检测与该研究结果有差异,这可能与果实成熟度不同,果仁内部脂肪酸转化程度不同有关[19]。
该研究对脂肪酸各指标间进行相关性分析,结果表明油酸与亚油酸呈极显著负相关,相关系数为-0.993,与α-亚麻酸呈极显著负相关,相关系数为-0.819,即油酸含量高则亚油酸、α-亚麻酸含量低,这与常君、罗慧婷等的研究结果一致[20-21]。对所有指标进行主成分分析的结果表明,17 个指标可简化成4 个主成分,第1 主成分包括果高、亚油酸、可溶性糖的信息,方差贡献率为40.074%,第2 主成分包括单果重、仁重、脂肪等信息,方差贡献率为28.851%。朱灿灿等对薄壳山核桃果高、单果重、可溶性糖、蛋白质等相关12 个指标进行主成分分析,最终简化成3 个主成分,分别代表了果实大小、果仁出油率和果仁碳水化合物,与该研究结果类似[22],说明薄壳山核桃果实的外在品质与营养成分一样重要。
‘波尼’与不同父本杂交后在坐果率、果实外观品质、果实内含物方面均有显著差异。杂交果实在6 月是落果高峰期,后期落果速率缓慢。‘波尼’自交果实的坐果率最低,仅为5.16%,‘波尼’ב卡多’的杂交果实坐果率表现较好,为19.93%。4 个杂交组合在果实性状方面表现差异显著,‘波尼’×YLC21 的杂交果实在果高、果径、单果重、仁重等指标上表现较好;‘波尼’×混合花粉的杂交果实出仁率最高,为58.70%;不同父本对杂交果实壳厚没有显著影响。4 个杂交组合在果实内含物方面表现差异显著,蛋白质方面,‘波尼’自交与‘波尼’×YLC21 的含量最高;‘波尼’ב卡多’杂交果实的可溶性糖含量最高。4 种杂交果实的不饱和脂肪酸总量与饱和脂肪酸总量没有显著差异,但在具体指标如油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸等指标上有显著差异,在α-亚麻酸的含量上没有显著差异。综合表明,薄壳山核桃在授粉方式上异交优于自交,并且‘波尼’与YLC21、‘卡多’的杂交果实质量较好。
6 个薄壳山核桃品种间的果实性状及内含物成分差异显著,‘马罕’果实性状表现较好,其果高为51.93 mm、壳厚度最薄为0.48 mm,出仁率最高为53.95%;YLC21 的果实性状表现较差,果实高度较小(38.98 mm),壳厚最厚(1.02 mm),出仁率最低(46.19%)。薄壳山核桃果实性状各指标间相关性较强,果实高度、单果重、壳厚等指标推测仁重、出仁率。薄壳山核桃脂肪含量均大于65 g/100 g,蛋白质含量在7~12 g/100 g,可溶性糖含量在3.55%~5.60%,其中脂肪的变异程度最低,遗传性较稳定。薄壳山核桃含有8 种脂肪酸,其中3 种为饱和脂肪酸,5 种为不饱和脂肪酸,脂肪酸含量由高到低依次为油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、α-亚麻酸、顺-11-二十碳烯酸、花生酸、棕榈烯酸。‘波尼’油酸含量最高,为73.40%,‘金华’亚油酸含量最高,为18.86%;油酸与亚油酸呈极显著负相关,油酸含量高时,亚油酸含量低。主成分分析表明,薄壳山核桃的外观品质与内含物均为评价果实品质的重要指标。综合表明,‘波尼’‘马罕’‘金华’品质最佳,‘波尼’油用为宜,YLC20 可鲜食。综合各指标,‘马罕’‘波尼’‘金华’、YLC20可作为主栽品种,‘卡多’、YLC21 作为授粉树在江淮地区进行栽植,该配置符合花期授粉规律及果实优良性状选择。